基于单片机智能窗帘系统的设计与实现.docx

1、基于单片机智能窗帘系统的设计与实现基于单片机智能窗帘系统的设计与实现摘要：阐述了自动光控帷幕起升和闭带的整个设计过程, 详细介绍了整个生产过程中硬件电路的设计, 以及它们实现的功能和软件语言的驱动因素。.该系统可分为电子自动控制和机械传动两部分。前者采用 STC89C52 单片机作为核心 CPU, 集成了多个传感器, 实现了监控。后者计划在窗户上安装步进电机, 以实现在不同照明条件下打开和关闭窗帘, 包括在某些特殊情况下手动或遥控, 使窗帘打开或关闭。闭合, 物理性能好, 集设计、仿真、生产于一体, 具有智能化的现实意义。关键词：自动控制；光单片机；窗帘1背景 随着科学技术的发展, 人们在满足

2、基本生活需求的同时, 对家用电器的生活质量提出了越来越高的要求。单片机结构简单, 功能强大, 使用简单方便。采用单片机作为控制单元, 可以大大提高各模块的协调性, 从而提高系统的资源利用率, 减少资源浪费, 节约成本。进入21世纪后, 随着各种科学技术的不断发展, 理论知识与实践生活的结合越来越紧密, 人们的生活水平不断提高。同时, 越来越广泛地应用科技智能化也使人们的隐私安全受到极大的侵犯, 因此人们更加注重隐私的安全, 并将其作为家庭住所。必要的窗帘对于保护居民隐私和屏蔽外部光线非常有用。现在市场上大多数传统的窗帘都需要手动切换, 这不仅费力, 而且可能错过最好的照明时间, 所以窗帘的智能

3、控制是非常重要和有效的。设计了一种基于 AT89C52 系列单片机的智能遥控窗帘系统。利用 AT89C52 系列单片机的功能, 不仅简单方便, 而且成功地完成了人们所需的许多功能。2系统总体结构 系统设计主要采用电机在不同方向通过电流时的不同转动, 从而实现了窗帘的开启和关闭。遥控窗帘系统可以实现窗帘的有效升降、加速和减速, 具有停止功能。窗帘的加速、减速、升降和停止功能需要功率控制。步进电机用于供电, 步进电机由单片机产生的不同频率脉冲控制, 从而有效地控制了窗帘。该设计有一个主开关, 主要用于防止不必要的麻烦造成的错触。按下电源按钮可以实现相应的转向。智能遥控窗帘的总体结构如图1所示。图智

4、能遥控窗帘的总体结构框图3设计方案和内容 本设计主要实现了光控窗帘系统, 包括光控、定时和手动三个功能。因此, 这些控制元件需要与各种接口和 Mcu 连接。采用 AT89C52 系列单片机设计系统, 安装了 ADC0832 芯片、VS1838b 芯片和 ULN2003 芯片, 可在不同的光线条件下控制开幕或闭接。密钥扫描模块、红外遥控模块、光阻器、步进电机和 AT89C52 构成了设计系统。光敏电阻用于采集模拟信号, 并通过模数转换 an 电路将其转换为数字信息, 该电路用于控制步进电机顺时针或逆时针旋转, 以模拟窗帘的开启和关闭。采用自动灯光控制的原理来关闭窗帘。当外部光强达到系统内部预设值

5、的上限时, 将打开窗帘5。当外部光强达到系统内部预设值的下限时, 将关闭窗帘。基于上述工作原理, 该设计系统不仅成本低, 而且方便快捷。结点原理图的实现如图2所示。图2 智能窗帘控制系统原理图此外, 自动启动和关闭窗帘也可以预先设置的时间或直接通过按钮开始和关闭窗帘。该系统具有结构单一、系统稳定、不易受到外部环境干扰等优点。4系统硬件部分设计整个电路主要由电源电路、晶体振荡器电路、上上变速电路、开关触发电路和步进电机电路组成。电源电路为整个电路提供能量, 确保电路能够运行;晶体振荡器电路主要提供所需的振荡频率;变速电路主要控制步进电机的转速;开关触发电路主要控制步进电机的旋转和停止;步进电机旋

6、转, 以驱动窗帘向上和向下。4.1主程序模块 该系统采用 AT89C52 单片机微控制器晶体振荡器电路, 所谓石英晶体振荡器是单片机中的晶体振荡器。晶体振荡器通常是电容器和电阻器串联后并联, 有两个谐振点, 串联谐振频率低;并联谐振是高频的。晶体振荡器可以向单片机提供脉冲信号, 即 MCU 的工作速度。晶体振荡器将与单片机引脚中的 X1 和 X2 引脚连接。此时, 电路将产生谐波, 谐波的存在将影响振荡器的稳定性。为了解决这个问题, 我们连接晶体振荡器引脚上的陶瓷电容器。这种电容器通常选择在10到 50 pF 之间, 需要接地。本设计中使用的晶体振荡器为 12 MHz 石英晶体。 电源由 DC

7、 5V 电池供电, 由 USB 接口供电。充电宝也可以为其供电。其目的是防止电源故障上升或下降。石英晶体振荡器主要用于晶体振荡器电路。石英晶体振荡器具有良好的频率稳定性。石英晶体振荡器的外部干扰用于产生参考频率。电路中频率的精度由参考频率控制。同时, 它还可以产生振荡电流, 从时钟信号传输到微控制器。复位电路。初始化功能, 89C51 RST 引脚 (复位引脚) 提供超过24个时钟振荡周期的高层可以复位。执行重置程序后, 其初始化地址将更改为 0000H, 并从0000H 运行。图3 晶振电路4.2按键模块 本设计中按钮模块的功能是自动照亮窗帘。它可以定期关闭窗帘或通过按钮直接控制窗帘的开启或

8、关闭。此设计需要五个独立的密钥。他们实现的功能是设置关键 (设置自动灯光控制窗帘的开启和关闭时间);增加数字价值的关键;降低数字价值的关键;启动窗帘键 (按下此键后, 窗帘打开);关闭窗帘的键 (按下此键后, 窗帘关闭)。通过步进电机的旋转驱动窗帘的起落落, 实现智能家居, 采用 ULN2003 步进电机的每步角度为1.2 度, 遥控窗帘通过角速旋转所需的距离上升和下降精度为1.2 度, 通过输出的微控制器不同频率, 不同的脉冲数控制步进电机的速度和旋转循环次数。并得到起起窗帘的效果。当系统在开机后开始复位时, 通过设置左侧的按钮来调整步进电机。正向和反向速度水平对应于10个不同的速度水平,

9、由数字管显示。图4 按键连接电路如上面图4所示, 在本模块中, S1 键与 P2.7 端口连接, p2.7 端口是主要的功能键;S2 键与 P2.6 端口连接, 按下此键后, 时间值或照明预设值增加 1;S3 键与 P2.5 端口连接, 按下此键后, 时间值或照明预设值降低 1;S4 键与 P2.4 端口连接, 按下此键后, 窗帘打开。S5 键连接到 P2.3 端口, 按下此键后, 窗帘关闭。 4.3光敏和AD转换模块 自动光控窗帘起升和关闭系统根据外部光的变化及时打开或关闭窗帘。光阻器负责完成此部分所需的功能。光电阻器对外部光强非常敏感, 对电阻值的变化有直接影响。电阻值与光强呈负相关。阻力

10、值随强度的增加而减小, 而阻力随强度的增加而增大。 ADC0832 是一种8位连续逼近模数转换器。它可以被 TLC0832 所取代, TLC0832 有两个可多路复用的输入通道。串行输出可以配置一个标准的移位寄存器或微处理器接口。其多路复用器可配置为单端或差分输入软件。差分模拟电压输入可以抑制共模电压, 但输入参考电压不能调整。它已连接到 Vcc 1 内部。ADC0832 芯片有四条数据连接线, 分别与单片机连接, CS 芯片选择器, CLK 芯片时钟输入, DI 数据信号输入, DO 数据信号输出。当 MCU 通信时, DI 和 DO 终端都与 MCU 双向连接, 不能同时工作, 因此它们与

11、电路中的数据线平行连接。总体设计如下图5所示。CS 引脚处于较高的水平。芯片无法正常工作。CLK 端口的级别可以自由设置。DO 和 DI 的级别也是如此。如果希望整个模数转换电路开始工作, 则必须首先将芯片选择启用程序设置为低级状态, 并且必须在整个转换过程中保持此状态。在整个过程中, CLK 芯片的时钟输入接收时钟脉冲, 并将信号输入到数据输入。此端口用作输入通道选择。DI 终端始终保持较高的水平。图5 光敏及AD电路连接当两端的数据分别显示为1和0时, CH0 引脚端实现单通道转换。CH1 引脚端单通道转换的情况下, 2位数据 1, 1。当数据显示为 0时, CH1 引脚端和 CH0 引脚

12、端分别用作正向输入的 In-输入和 in +。当两个数据显示为0和1时, CH 1 和 CH0 的正负输入端子的极性发生变化。如果第三个脉冲下沉, DI 端子的输入功能将在第三个脉冲到来之前丢失。输出数据用于输出 DO。DATA7, 当第四脉冲下沉时, 它使用 DO 终端输出转换后的数据。输入数据, 直到 D0 传输最低位数据 DATA0, 并在每个脉冲接收器之前输出数据。接收 DATA0 数据后, 此数据字节的输出将结束。然后输出反向字节数据。选择 CS 芯片是为了使引脚端能够设置在较高的水平, 此时芯片无法使用。AD 转换器芯片的输入电压为 0 5V。此电压仅适用于用作单通道模拟信号的情况

13、。在8位分辨率下, 其电压精度为 19.53 mV。当它被用作正负输入时, 应预定义更大范围的电压值, 并应在下一步提高转换的准确性。4.4步进电机设计模块 通过判断用户所需的转向, 即判断帷幕的起落, 根据控制电机运行所需的功能, 将相应的脉冲传递给控制器。当传输所需的功能指令时, 此周期的操作指令将完成并重置以等待下一条指令。步进电机是一种开环控制装置。角位移是通过其电脉冲的转换得到的。脉冲信号的频率和数量会影响电机的旋转。例如, 当脉冲信号传输到步进电机的驱动器时, 它可以使电机在正或负方向上旋转一定的角度, 就像我们之前假设的那样。我们调用此角度步进角度3。步进电机可以快速打开和关闭。

14、步进电机主要用于高精度电路, 因为速度和步进角之间的关系, 这只与脉冲频率有关。图6 ULN2003连接图ULN2003 的七针与单片机连接 P1.0P1.7。在 ULN2003 芯片 (即电机的五线接口) 旁边安装插入销, 用于连接步进电机。5V 电源直接连接到 J4 的第一引脚端口。与电机连接, 直接驱动电机向前和向后, 模拟窗帘开启和关闭的控制。步进电机包括单相电机和多相电机, 两者都是同步步进电机。单路电脉冲可以驱动单相电机。单相电机由于输出功率低, 通常用于驱动微电路。步进电机适用于微处理器控制, 主要是因为它们可以直接接收数字量。当开关按下时, 相应的抖动就会发生, 通常持续5-1

15、0 女士, 在抖动过程中会有一个稳定的封闭状态, 在开关过程结束后将恢复到开放状态, 从而实现开、断trol 电路。该软件通过使用延迟程序消除抖动。当检测到第一个开关被关闭时, 将立即执行延迟程序。延迟时间为10毫秒, 以判断密钥是否仍处于关闭状态。如果检测到开关被关闭, 将确定真正的闭合, 这将对电路产生影响。这样, 就可以解决钥匙抖动对电路的影响。4.5显示部分模块 本设计采用 LCD1602 显示实时时间、开关幕定时时间和照明强度值。1602上显示的时间可以通过键进行调整, 幕布关闭时间可以通过键设置, 1602 上可以实时显示。我们收集的照明数字值也可以在1602年显示。P0 在这里用

16、作数据端口的连接。它在1602时连接到7到14个引脚。它在连接线上传输和写入数据或指令。在电路的连接中必须增加上拉电阻。LCD160 2 的四个引脚是 RS 寄存器选择器, 可用于选择数据或命令;LCD160 2 的五个引脚是 R/W 读写控制终端, 可以决定是读写数据, 并通过 PC 芯片22.0 的端口运行;LCD160 2 的六个引脚是支持 e 的信号终端, 可以控制设备是否工作, 并与 PC 芯片 P2.2 4 的端口连接。在本设计中, 采用旋转电位器调整1602的背光亮度。图7 1602电路连接图5系统软件部分设计 本系统的主要程序需要完成以下功能: 单片机各模块的初始化操作, 定时

17、器初始值的设置, 电机的开启操作, 显示数字量的时间照明等。主要功能 voidmain用于调用每个模块的子函数, 以实现整个系统的功能。软件流程图如图8所示。图8 程序流程图6 智能遥控窗帘的综合调试 当系统的软硬件设计完成后, 将设计的软件记录到 MCU 中, 以检查硬件和软件是否兼容, 系统是否可以按照预期目的运行, 并测试稳定性和系统的效率。通过改进程序结构, 检查相应的缺陷, 可以进行测试和运行, 成功地实现了电机的加速、减速和停止功能, 从而有效地控制了帷幕的吊装。物理效应, 如图9所示。图9实物效果图7结束语 系统设计采用 AT89S52 单片机的最小系统设计。它通过控制可逆和直流

18、电机来控制窗帘的开启和关闭。通过远程控制和灯光控制, 窗帘系统变得智能化。这符合智能家居的发展方向, 可以更好地提升智能生活的理念。8 致 谢时光飞逝，终于到了论文定稿的这一刻。虽然文章显得有些粗糙，但毕竟凝聚了自己的心血，在此谨向曾经关心、帮助、支持和鼓励我的老师、同事、同学、亲人和朋友们致以最诚挚的谢意和最衷心的祝福衷心感谢我的导师谢铁兔。老师对我两年来的学习、生活给予了悉心的关怀，在本论文的开题、写作、修改、定稿方面更是给予了悉心指导和匠心点拨，论文凝结着导师的汗水和心血。在这两年多的学习和生活过程中，我要向老师们表示衷心的感谢是他们给了我热情的关怀、支持和帮助，使我得以顺利完成学业。同

19、时，衷心感谢我的父母、家人以及和我一起学习的各位同学，是他们在我学习和论文写作过程中，给予我了莫大的支持和鼓励。最后，再一次感谢所有关心和支持我的人们，我一定会用所学知识更好地做好本职工作来报答你们。9 参考文献1 郑国君. 8位串行A/D转换器ADC0832J. 电子世界, 2002(9). 2 梁明亮, 王新强. 单片机与ADC0832的接口技术J. 河南科 技,2006(8):48-49. 3郭天祥.新概念51单片机C语言编程M.北京:电子工业出 版社,2009. 4于志赣,刘国平,张旭斌.液显LCD1602模块的应用J.机电 技术,2009,32(3):21-23.5 李道龙，欧阳名三

20、基于单片机的蓝牙遥控窗帘设计J安徽理工大学学报（自然科学版），2014,34(3):64-66 6 纪泽华，顾金鑫，华艳秋浅析基于51单片机的红外遥 控智能窗帘设计J科技创新与应用，2017(1):20 7 苏芳，赵娟娟基于单片机的自动窗帘设计J科技 风，2017(17):10 8 毕俊喜，薛志安，王志军基于 单片机的智能 光控窗帘系统设计J机械研究与应用，2015,28(4):222-224 9 杨雅涵，于佐军基于单片机的温控光控智能窗帘设计J控制工程，2016,23(10):1542-1545 10 王春武，刘春玲，姜文龙，等基于单片机的无线智能窗 帘控制器的设计J吉林师范大学学报（自然科学 版），2010,31(1):93-95 11 黄泉源，李媛媛基于单片机的智能窗帘设计J信息 通信，2015(8):71-72 12 唐艳凤基于单片机的智能窗帘控制器设计J福建 电脑，2015,31(3):50-51